Чтобы расплавить металлы этой группы, требуются сверхтемпературы. Самый известный – вольфрам, из которого сделана нить накаливания в лампочках. Другие члены «семейства» тоже востребованы.
Технология плавления специфична, поэтому таким сырьем занимаются специальные предприятия. В СССР их было всего два.
Обработка тугоплавких металлов возможна только методами порошковой металлургии.
Сферы применения
Применение тугоплавких металлов не ограничивается бытовыми лампочками.
Их свойства обеспечивают использование всеми отраслями промышленного комплекса, ВПК, в быту:
- Металлургия. Компонент-лигатура для сплавов.
- Судо-, авиа-, космостроение. Детали двигателей.
- Ядерный сектор. Материал деталей реакторов.
- Химпром. Катализатор, источник света.
- Электроника. Конденсаторы.
Материал популярен как база жаропрочных, повышенно устойчивых конструкций (огнеупоров) для указанных отраслей. Особенно если требуются детали сложной конфигурации.
Особняком стоит выращивание рубинов. Для этого в бесцветный кристалл добавляют микродозы хрома.
Почти всегда применяются сплавы. Например, ядерщиками и строителями космических аппаратов востребована молибденово-танталово-вольфрамовая композиция. Она не деформируется при температурах порядка 4000°С, упруга, пластична, невосприимчива к ржавлению.
Классификация
В зависимости от температуры плавления тугоплавкие металлы причисляются к основной либо дополнительной группе.
Основная группа
Данный сегмент включает пять позиций: вольфрам, ниобий, тантал, молибден, рений. Плавятся при 2200°С+.
| Температура плавления | 2750 K (2477 °C) | 2896 K (2623 °C) | 3290 K (3017 °C) | 3695 K (3422 °C) | 3459 K (3186 °C) |
| Температура кипения | 5017 K (4744 °C) | 4912 K (4639 °C) | 5731 K (5458 °C) | 5828 K (5555 °C) | 5869 K (5596 °C) |
| Плотность | 8,57 г·см³ | 10,28 г·см³ | 16,69 г·см³ | 19,25 г·см³ | 21,02 г·см³ |
| Модуль Юнга | 105 ГПа | 329 ГПа | 186 ГПа | 411 ГПа | 463 ГПа |
| Твёрдость по Виккерсу | 1320 МПа | 1530 МПа | 873 МПа | 3430 МПа | 2450 МПа |
Молибден
Самый востребованный из тугоплавких элементов.
Сфера использования номер один – металлургия:
- Молибденом «усиливают» сталь, чтобы получить твердый сплав.
- На пару с нержавеющей сталью применяют как материал инфраструктуры трубопроводов, деталей автомобилей, другой продукции машиностроения.
- Благодаря температуре плавления, износостойкости, малой истираемости используется как легирующая присадка.
Молибдену требуется пара процентов лигатур в составе, чтобы свойства сплава изменились.
Например, полпроцента титана плюс 0,08% циркония создают молибденовый сплав, не снижающий прочность до 1060°C.
Неординарные параметры по трению обусловили использование молибдена как долговечной смазки с высоким КПД.
Материал незаменим для ртутных реле, поскольку амальгама с данным металлом ртутью не формируется.
Вольфрам
Открыт в конце 18 века. Самый твердый и самый тугоплавкий (3422°C) металл.
Тугоплавкий прочный металл, светло-серого цвета – вольфрам
Вместе с медью и железом используется как основа (до 80%) сплавов с рением, торием, никелем. Такие добавки повышают плотность, порог стойкости к ржавлению, надежность.
Востребован как материал систем электроснабжения, приборов, боеприпасов, ядерных боеголовок ракет. Никелевые сплавы как материал клюшек ценят поклонники гольфа.
Вольфрам в слитках
Вольфрам, его сплавы востребованы там, где нужна повышенная плотность в условиях запредельных температур.
Тантал
Самый стойкий к кислотам, коррозии из сегмента тугоплавких металлов.
Тяжёлый твёрдый металл серого цвета – тантал
Поэтому используется в конденсаторах смартфонов, планшетов, других гаджетов.
Совместим с биологическими организмами (не меняется под воздействием природных кислот). Благодаря этому применяется медициной.
В природе ниобий и тантал соседи. Не случайно названы по именам отца и дочери – Тантала и Ниобы, персонажей древнегреческих мифов.
Ниобий
Металл с небанальными характеристиками:
- Самый легкий (малой плотности) в сегменте.
- Уникален благодаря свойству менять коэффициент твердости и упругости в зависимости от степени отжига.
- Самый частый в сплавах-суперпроводниках.
Применяется как материал конденсаторов, газовых турбин ракет, самолетов. А также элемент ядерных реакторов и ламп электронных приборов.
Вместе с гафнием и титаном – материал двигателей космических аппаратов (например, американского Аполлона).
Рений
Самый редкий и дорогой из тугоплавких металлов:
- В сплавах выступает легирующим, никогда – основным компонентом.
- Как лигатура, повышает утилитарные кондиции сплава: прочность, ковкость (например, с медью и платиной).
- Обнаружен последним в тугоплавком сегменте.
Оксид рения – самый неустойчивый, плотный поток кислорода способен сорвать оксидный слой.
Сплавы с рением служат катализаторами, начинкой электронного оборудования, гироскопов, реакторов атомных объектов.
Дополнительная группа
Данный сегмент тугоплавких металлов включает девять позиций. Их общий признак – порог плавления от 1850°C.
Сюда зачислены девять элементов из трех групп (четвертый – шестой периоды) таблицы Менделеева.
У каждого своя «изюминка»:
- Осмий – самое плотное вещество планеты, самый тяжелый тугоплав.
- Иридий встречается чаще в метеоритах, чем на Земле.
- Метаморфозы теплоемкости гафния необъяснимы наукой до сих пор.
- Рутений назван в честь России.
- Из чистого ванадия вытачивают жетоны и медали для коллекционеров.
- Титан – единственный тугоплавкий цветной металл. Материал зубных и костных протезов.
- Без циркония невозможны салюты и фейерверки. Медицинский «дублер» титана.
Тонким слоем хрома и благородного родия покрывают поверхность изделий класса люкс, включая ювелирные. Процессы называются хромированием и родированием.
Источник: